計時鐘表

計時鐘表

鐘錶套用範圍很廣,隨著時代的發展,被不斷完善,精度也不斷提高。 一些內部因素和外界環境條件都會影響鐘表的走時精度。內部因素 內部因素包括各組成系統的結構設計、工作性能、選用材料、加工工藝和裝配質量等。例如,發條力矩的穩定性,傳動系工作的平穩性,擒縱調速器的準確性等都影響走時精度。外界環境條件 外界環境條件包括溫度、磁場、濕度、氣壓、震動、碰撞、使用位置等。例如,溫度變化會引起鐘錶內潤滑油和擺輪遊絲性能的變化,從而引起走時性能的變化;

基本介紹

  • 中文名:計時鐘表
  • 外文名:Time clock
日晷,銅壺滴漏,沙漏計時,擺鐘,現代鐘錶,

日晷

時間看不見,摸不著,計量它確實很困難,但是聰明的古人還是找到了各種方法來計時。最早的日晷(日規)使得人們可以根據太陽的影子來計時,但是到了夜間就無法使用了。因此人們又開始利用某種有規律的活動(漏水或漏沙等)來計時。直到現在,連最先進的原子鐘也是通過銫原子的極有規律的振盪周期來進行計時的。
日晷有兩層含義,一般指的是第2個含義。
(1)“日”指“太陽”,“晷”表示“影子”,“日晷”的意思為“太陽的影子”。
(2)利用太陽投射的影子來測定時刻的裝置,又稱“日規”。
日晷通常由銅製的指針和石制的圓盤組成。銅製的指針叫做“晷針”,垂直地穿過圓盤中心,起著圭表中立竿的作用,因此,晷針又叫“表”;石制的圓盤叫做“晷面”,安放在石台上,呈南高北低,使晷面平行於天赤道面,這樣,晷針的上端正好指向北天極,下端正好指向南天極。
晷面兩面都有刻度,分子、醜、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二時辰,每個時辰又等分為“時初”、“時正”,這正是一日24小時。[3]絕大部分的日晷顯示的都是視太陽時,有些在設計上作了變更,可以顯示標準時或是日光節約時間
人類使用日晷的歷史非常遙遠,古巴比倫在遠古時期的6000年前就開始使用了,
中國是在3000多年前的周朝。
日晷不但能顯示一天之內的時刻,還能顯示節氣和月份。當然它的缺點也是顯而易見的,笨重而且看不到陽光的時候不能用,比如陰天和晚上。
這項發明被人類所用達幾千年之久,直至1270年在義大利和德國才現早期的機械鐘,而中國則在1601年明代萬曆皇帝才得到二架外國的自鳴鐘,清代時雖有很多進口和自製的鐘表,但都為王宮貴府所用,一般平民百姓還是看天曉時。

銅壺滴漏

“寸金難買寸光陰”對我們來說是再熟悉不過的詩句了,但是其中卻揭示了計量時間的方法。我國古代計時是用銅壺滴漏,它使水從高度不等的幾個容器里依次滴下來,最後滴到最低的有浮標的容器里,根據浮標上的刻度也就是根據最低容器里的水位來讀取時間。這樣,就是無形的時間改換成有形的尺寸了。光陰自然可以用寸來計量。
那銅壺漏滴中的最低容器里的水位,是由高處的水一滴一滴流下來,經過長時間的積累而形成的,所以銅壺滴漏的計時原理實質上就是水滴總數的自動累計。

沙漏計時

大約與我國同時使用銅壺滴漏的同時,在西方有了沙漏計時的辦法。在一個葫蘆形玻璃瓶中裝半瓶細沙,把瓶子顛倒過來,讓沙子經過瓶的細腰慢慢地漏下來,這種方法計時的實質是沙粒的自動累計。沙漏沒有銅壺滴漏好,因為它沒有刻度標尺不便讀數。但是它小巧輕便,而且簡單。

擺鐘

後來伽利略發現了單擺的等時性,即已知擺長的單擺,在重力加速度恆定的情況下,其擺動周期不變的規律。根據這個規律人們製成了機械式鐘錶,起初是靠重錘,後來多用發條提供動力,都是根據擺的等時性工作的。
機械式鐘錶里有一個叫做“擒縱機構”的關鍵部件,它能把重錘或發條里儲存的能量一點一點地施加到擺上,使擺不致因能量損耗而逐漸停下來;它又使鐘錶的指針一點一點地轉動,從而將時間一秒一秒地指示出來。所以這類機械式鐘錶的計時原理,實質上就是機械擺動次數的累計。在手錶里為了小巧緊湊,用帶彈性“遊絲”的擺輪代替單擺,遊絲是個形似蚊香的螺旋彈簧。
所謂“擒縱機構”是由一個邊緣上有一圈尖角的輪子,和一個與鐘擺相連的馬蹄鐵形鉤子組成的。這個輪子經過若干傳動齒輪被重錘或發條驅動,它總想轉動,但是因為旁邊有個討厭的鉤子把輪緣上的尖角絆住了,它必需等鉤子放開的時候才能轉動。那討厭的鉤子和鐘擺相連,鐘擺每擺動一次,右側的鉤子就釋放輪邊上的一個尖角,讓輪子轉一個角度,如此反覆不已,輪子始終不能痛痛快快地連續旋轉,只能一點一點地轉下去。不過,這個總在輪子邊上絆腿的鉤子也有一定的積極作用,每當它釋放一個尖角的時候,就會因重錘或發條的力量順勢被推一把,於是通過鉤子又間接給鐘擺加一個力,免得鐘擺停下來。就這樣一絆一放地反覆工作,鐘錶就滴滴嗒嗒地走下去。

現代鐘錶

時至今日,各種各樣的石英表,不論是數字顯示的或是帶指針的,都是靠石英振盪元件的穩頻特性工作的。用不著複雜的機件,最多不過有帶動指針和日曆的少數齒輪,所以價格低廉,又不需上發條,因此受到普遍歡迎。
電子線路里的振盪、石英振盪元件和鐘錶里的擺輪的機械振盪似乎迥然不同,但是通過理論推導可知它們的作用機理一樣的。無論用什麼樣的振盪電路構成電子鐘錶,它實質上是電振盪次數的累計。而每一次電振盪經歷的時間是基本上固定不變的,因此就可以用來計時。

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